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P R O J E T D E F I N DTUDES
Présenté par
Yahya AAMIRA
enGénie Electrique
Sujet :
Automatisation de la technique de scannage
par rayonnement gamma Réalisé à : Centre National des Sciences et Technologies NucléairesSoutenu le 2 Juillet 2011
Devant le Jury :
Président : Mr Mekki KSOURI
Rapporteur : Mme Zohra KARDOUS
Encadreur ENIT : Mr Kamel BEN SAAD
Encadreur CNSTN : Mr Nafaa REGUIGUI
Co-encadreur CNSTN : Mme Haifa BEN ABDELWAHED
Année : 2010-2011 -11
A ma famille,
A mes amis,
A tous ceux qui me sont chers.
Remerciements
Au terme de ce travail, je tiens à exprimer mes vifs remerciements aux membres Je suis redevable à Monsieur Nafaa REGUIGUI, Directeur du département de la Sûreté Centre National des Sciences etTechnologies Nucléaires
Je remercie Madame Haifa BEN ABDELWAHED, pour son aide et sa disponibilité tout au long de ce projet. Mes remerciements les plus distingués vont à Monsieur Kamel BEN SAAD, mon accomplir ce travail.CNSTN pour leur
aide et leur amabilité. Enfin, mon respect et ma gratitude vont à tous mes enseignants , pourRésumé
Elle est utilisée dans le domaine pétrochimique pour diagnostiquer les propriétés des
matériaux interne des colonnes de distillation. r rayonnement gamma. Mots clefs: automatisation, moteur brushless, API,PROFIBUS, supervision.
Abstract
scan technique is a nuclear test allowing the analysis of the internal mechanical properties of distillation columns used in petrochemical industries. Such technique is performed manually. So we propose in this work to automate the gamma scan procedure test by using a PLC. In addition, supervision and data acquisition interfaces are proposed.Keywords: motor, PROFIBUS, supervision, PLC
Introduction générale
Table des matières
.................................................................................................................. 1
Chapitre I : contexte général de projet ....................................................................................... 4
Introduction............................................................................................................................. 5
I.2. Position du problème et cahier des charges ................................................................. 6
I.3. Technique de scannage par rayonnement gamma ....................................................... 6
I.3.1 Concepts de base ...................................................................................................... 6
I.3.1.1 Principe de scannage par rayonnement gamma ............................................ 6I.3.1.2 Equipements du dispositif de scannage......................................................... 8
I.3.2.1. Diagnostic du fonctionnement des processus.............................................. 11 I.3.2.2. Types des disfonctionnements décelable par la technique .......................... 13 I.4. Analyse du système de scannage gamma dans son environnement .......................... 14I.4.1 Etude du mécanisme............................................................................................... 14
I.4.1.1 Présentation du système existant................................................................. 14
I.4.1.2 La cinématique du système ......................................................................... 15
I.4.2 Contraintes globales de la technique de scannage ................................................. 17
I.4.2.1 Contraintes techniques ............................................................................... 17
I.4.2.2 Contraintes environnementales ................................................................... 18
Conclusion ............................................................................................................................ 20
Introduction........................................................................................................................... 22
II.1.1. Description général de la solution ...................................................................... 22
II.1.2. Choix de la partie commande ............................................................................. 24
II.1.2.3. Liaison Profibus .......................................................................................... 28
II.1.3. Partie opérative ................................................................................................... 28
II.1.3.1. Les moteurs ................................................................................................. 29
II.1.3.2. Les cartes de commande et de puissance .................................................... 30
II.1.3.3. Les capteurs de présence et les butés fin de course .................................... 33
Le freinage mécanique ................................................................................ 34
II.2. Cycles de fonctionnement proposés .......................................................................... 35
II.2.1. Fonctionnement en mode manuel....................................................................... 36
II.2.2. Fonctionnement en mode automatique............................................................... 39
II.3. Supervision du système de scannage par rayonnement gamma ................................ 48
II.3.1. La supervision du système.................................................................................. 48
II.3.2. Interface WINCC................................................................................................ 48
II.3.3.1. Interface de commande manuelle ............................................................... 48
II.3.3.2. Interface de commande automatique .......................................................... 50
II.3.4. Détermination des entrées et des sorties de systèmes ....................................... 51
II.3.5.1. Communication entre API et Interface WINCC ......................................... 52II.3.5.2. Langage machine (Ladder) ......................................................................... 53
II.4.2.1. Communication avec le mesureur (Ratemetr) ............................................ 57II.4.2.2. Récupération des données ........................................................................... 58
II.4.2.3. Enregistrements des mesures ...................................................................... 60
II.4.2.4. Visualisation des données ........................................................................... 60
Conclusion ........................................................................................................................... 61
Conclusion générale ................................................................................................................. 62
Introduction générale s FiguresFigure I.1 : Processus de scannage par rayonnement gamma ................................................................. 7
Figure I.2 : Dispositif matériel de la technique de scannage par rayonnement gamma de CNSTN ....... 8
Figure I.3 : Le Holder : centenaire de la source gamma.......................................................................... 9
Figure I.4 ...................................................... 9Figure I.5 : Rtametre ............................................................................................................................. 10
Figure I.6 : Exemple de résultats effectués par scannage gamma ......................................................... 12
Figure I.7 : Plateaux sans défauts .......................................................................................................... 13
Figure I.8 : Moussage sur les plateaux .................................................................................................. 13
Figure I.9 : Effondrement des plateaux ................................................................................................. 14
Figure I.10 : Dispositifs manuel de scannage par rayonnement gamma ............................................... 15
Figure I.11 : Schéma cinématique de la technique manuelle de scannage gamma ............................... 16
Figure I.12 : Colonnes de distillations (STIR : La Société Tunisienne des Industries de Raffinage) ... 17
Figure I.13 : Niveau de scannage par rayonnement gamma .................................................................. 18
Figure I.14 : Blindage de Ratemeter...................................................................................................... 20
Figure II. 1 : solution d'automatisation proposée pour le système de scannage .................................... 23
Figure II.2 : la structure interne des automates ..................................................................................... 24
Figure II.3 : L'automate Siemens S7-300 avec Profibus intégré ........................................................... 26
Figure II.4 : unité décentralisée ET200S de siemens ............................................................................ 27
Figure II.5: Câblage Profibus entre maitre et esclave ........................................................................... 28
Figure II.6 : Schéma classique d'un moteur brushless ........................................................................... 29
Figure II.7: Différents étapes d'alimentation d'un BLDC à trois phases ............................................... 31
Figure II.8 : Principe de commande en vitesse en boucle fermée du moteur brushless ........................ 31
Figure II.9:Schéma électrique de la carte de puissance ......................................................................... 32
Figure II.10: Buté fin de course électromécanique ............................................................................... 33
Figure II.11:Capteur de proximité inductif ............................................................................................ 33
Figure II.12 ........................................................................................ 34
Figure II.13: Freinage mécanique à base de roue de roue dentée et de vis sans fin .............................. 35
Figure II.14: Interface WINCC de commande manuel ......................................................................... 49
Figure II.15:Interface de commande automatique du scannage gamma ............................................... 50
Figure II.16: Interface de communication PC API SIMATIC ........................................................... 53
Figure II.17: Réseau de monter de l'émetteur ........................................................................................ 54
Figure II.18 ........................................ 55Figure II.19: système d'acquisition des données de mesure .................................................................. 56
Figure II.20: Visualisation de l'interface ............................................................................................... 57
Figure II.21: Configuration le PortCom et connexion de PC au Ratemeter .......................................... 58
Figure II.22: Visualisation des trames de donnée reçue de Ratemeter .................................................. 59
Figure II.23: Récupération des mesures de Ratemeter .......................................................................... 59
Figure II.24: Enregistrement des mesures ............................................................................................. 60
Figure II.25:Interface de traçage de courbe de mesures en fonction de pas de déplacement ................ 61
Introduction générale Liste des TableauxTableau I.1 : Nomenclature et paramètres cinématique du système ................................................. 16
Tableau II.1 : Tableau de quelques caractéristiques Techniques du Siemens S7- 300- CPU 313C ..... 26
Tableau II.2 ........ 27
Tableau II.3: Tableau pour désignations utilisées dans les organigrammes ...................................... 36
Tableau II.4 .................................................................. 51 Tableau II.5mate et leurs types ................................................ 52Tableau II.6: Propriétés de port Com de Windows ......................................................................... 58
Introduction générale s organigrammes: Monter de l'émetteur .................................................................................... 37
de descendre de détecteur ............................................................. 38II.4: Commande de monter de détecteur................................................................. 38
......................................................... 41 ...................................... 42 ..................................................................... 43 .................. 45Introduction
générale 2Introduction générale
De nos jours, les exigences de la concurrence internationale ouvrent la voie à des nouvellesméthodes de contrôle dans le domaine industriel. Désormais, on ne parle plus de contrôle de
la acoustique, de la radiographie ou encore de la magnétoscopie, elles autorisent un contrôle de tous types de défauts.Les traditionnelles épreuves de contrôle sont des examens de contrôle qualité " classiques ».
Ils sont confrontés à un certain nombre de limitations, comme le cas pour les épreuves
hydrauliques par exemple, où doit être obligatoirement arrêtée. Dans ce cas,il est souvent trop tard pour agir de manière préventive. Pour éviter tout accident, il ne reste
contrôle qui sont non destructif (CND). La technique de scannage par rayonnement gamma, suscitant un intérêt croissant, assure un ualitatif volumique. La méthode permetet de suivre leur développement. Elle peut être utilisée pour assurer une surveillance continue
des équipements en déterminant : la position des goulots d'étranglement, la hauteur et la densité relative du liquide ayant barboté sur les plateaux et du liquide à la base de la tour ainsi que de son niveau. D'autre part, la technique confronte des exigences énormes pour la c de scannage sur terrain. Elle est dimensionnée pour fonctionner manuellement, et par nouveau système automatique de scannage par rayonnement gamma tirant profit des -invasives.Ce rapport est organisé en deux chapitres. Le premier chapitre est réservé à la présentation du
cahier des charges et du cadre général du projet. Des généralités relatives à la technique de
scannage sont présentées. 3 largement détaillés.Chapitre I :
Contexte général du projet
Introduction
technologies radio-isotopiques. Ces technologies sont largement utilisées pour lediagnostique et le contrôle préventif des processus industriels. Par conséquent, la technique
du scannage par rayonnement gamma est devenue un outil très connu pour diagnostiquer les propriétés mécaniques internes des colonnes de distillation, sans interrompre leur fonctionnement. Nous commençons ce chapitre par la présentation du projet et par un rappel des notions de base de la technique de scannage par rayonnement gamma en décrivant le matériel gamma dans son environnement I.1. LeCentre ational des ciences et echnologies ucléaireCNSTN) a été crée le 22novembre 1993. Il a pour mission la réalisation des études et des recherches nucléaires à
caractère pacifique dans les différents domaines ainsi que la maîtrise des technologies
nucléaires, leur développement et leur utilisation à des fins économiques et sociales.
En particulier, le CNSTN doit mener les actions suivantes: x Recherche et développement x Garantie de la Sûreté Nucléaire x Conseil et Expertise minière [1]. I.2. Cette technique est utilisée pour le scannage des colonnes de distillation, des échangeurs thermiques et des unités FCCU (Fluidized Catalytic Cracking Unit) dans les raffineries scannage par rayonnement gamma sur une distance verticale descendante atteignant parfoisdes hauteurs de 30 mètres, ainsi la récupération de mesures résultantes de scannage se fait à
Lors de la réalisation des essais de scannage par rayonnement gamma dans le domaineconcrètes, tel que le maintien du niveau de scannage horizontalement, la récupération
manipulateurs aux rayons gamma émis par la source radioactive utilisée. rayonnement gamma. Pour atteindre ce but, on doit respecter le cahier des charges suivant : différentes exigences de la technique. Une fois cette étape est faite, on est amené à concevoir un système de scannage gamma réalisation.I.3.1 s de base
(système immobile ou processus dynamique) et un faisceau de rayonnements gammaI.3.1.1 par rayonnement gamma
Comme le montre le schéma descriptif présenté par la figure I.1, le scannage par gamma (une colonne de distillation) des deux cotés opposés. gardant sur le même niveau horizontal de mesure. Figure I.1 : Processus de scannage par rayonnement gamma analogiquement le nombre de photons gamma par seconde ayant réussi à traverser touteutilisée pour obtenir un diagnostique clair du processus étudié sans arrêter le fonctionnement.
La technique de scannage par rayonnement gamma constitue donc un contrôle préventif desEnfin, parmi toutes les méthodes de contrôle industriel non destructif (CND) utilisées dans le
développement.I.3.1.2 de scannage
Le matériel essentiel pour effectuer un essai de scannage par rayonnement gamma est présenté par la figure I.2. I.2 : Dispositif matériel de la technique de scannage par rayonnement gamma de CNSTN a. confinement et à la collimation du rayonnement émis par cet élément radioactif.Le cobalt 60, noté 60Co, dont le nombre de masse est égal à 60 : son noyau atomique
émise par le cobalt 60 [2].
60ĺ90 + J (1,3325 MeV ) (I.1)
3 : Le Holder : centenaire de la source gamma
b. Le détecteur de rayonnement gamma permet de mesurer le nombre par seconde, de photons gamma (cps : count per second).CsI dopé) ou scintillateur organique (Anthracène) ou liquide (Toluène) dans lequel les
photons vont interagir [2].Le cristal scintillateur possède une densité importante capable de détecter les rayonnements
gamma, et de convertir les raies gamma en lumière (photons).Comme le montre la figure (I.4), après que les photons soient détectés par la photocathode,
leurs signaux passent dans la chambre de photo-multiplieur ; celle-ci se présente sous la
des électrons sont arrachés du métal composant la photocathode, le faible courant électrique
ainsi généré est amplifié par une série de dynodes utilisant le phénomène d'émission
secondaire pour obtenir un gain important. détecté par le scintillateur [4].Mesureur : Ratemeter
des signaux de sortie du détecteur (électron-volts) en nombre de photons par seconde ou par minute (cps ou cpm). minutes.Figure I.5 : Rtametre
1- Cardon analogique
2- Cache en plomb
3- Port lié au détecteur
mesures5-Réglage de calibre
6-Port RS232
7-Bouton reset
8-Bouton high voltage
numérique10-Sortie audio " danger »
11-Mode de mesure
ou lent. I.3.2 de la technique de scannage par rayonnement gammaI.3.2.1. du fonctionnement des processus
Un diagnostique de scannage par rayonnement gamma est obtenu après avoirtransmettre une onde électromagnétique à travers un matériau. Le flux de rayonnement qui
constitue le résultat de scannage est décrit par la relation suivante: où - I =Intensité du rayonnement transmis à travers le matériau (eV ou cps=nombre de photons par secondes) transmission du rayonnement). - x = Epaisseur du matériau. propriétés du milieu traversé et précisément à sa densité. contenant un plateau avec un liquide aéré, une bonne partie du rayonnement est absorbée et la quantité du rayonnement atteignant le détecteur est relativement petite. - Si le faisceau de rayonnement passe à travers un liquide non aéré, la plus grande partie - Quand le faisceau de rayonnement passe à travers de la vapeur, dans ce cas il y a une faible masse présente pour absorber le rayonnement ; le rayonnement transmis atteint le détecteur avec une intensité relativement élevée. [5]. peut être enregistrée et analysée pour indiquer la performance de la colonne. Figure I.6 : Exemple de résultats effectués par scannage gammaLa figure I.6 montre un scannage gamma (le tracé bleu, superposé au tracé rouge d'un
balayage témoin) d'une colonne présentant des dommages au plateau 6, dont les débris sont la
cause de l'engorgement aux plateaux 9 et plus hauts. Le deuxième tracé (en vert) sur la moitié
inférieure du graphique représente un balayage typique d'une colonne affectée de problèmes
d'entraînement aux plateaux 10 et 11. La technique de scannage par rayonnement gamma est encore plus fiable quand il est possible moyens comparatifs de scans offrent de grandes possibilités d'optimisation des procédés.I.3.2.2.
7 : Plateaux sans défauts
figure I.7. obstacles externes à la colonne. Le niveau du liquide sur chaque plateau est approximativement le même.8 : Moussage sur les plateaux
Un léger moussage apparaît sur les deux plateaux indiqués sur la figure I.8. Le changement rayonnement (le Césium 137). des colonnes de distillation.Figure I.9 : Effondrement des plateaux
Le plateau 1 est intact et porte du liquideLe plateau 2 porte relativement moins de liquide etde liquide. Le plateau 4 est partiellement endommagé. Les plateaux 5, 6 et 7 sont sévèrement
endommagés et se sont complètement effondrés [5]. I.4.émetteur-détecteur le long de la matière à scanner. Elle permet le diagnostique des différents
états de matière, tel que les roches minérales, les liquides et les vapeurs dans certains On montre dans les paragraphes suivants le principe cinématique permettant la manipulationI.4.1.1
détecteur le long de la hauteur de la colonne. Ainsi pour fixer le niveau de scannage, les pas de déplacement du dispositif doivent être mesurés manuellement. La figure I.10 montre la technique et le dispositif de scannage par rayonnement gamma commandé manuellement.10 : Dispositifs manuel de scannage par rayonnement gamma
inématique du système de scannage Les études des systèmes manuels font souvent appel à son architecture cinématiques. montrer ces différents mouvements.11 : Schéma cinématique de la technique manuelle de scannage gamma
1 : Nomenclature de schéma cinématique du système
1 2 Tambour de bobinage 56 mm 113 mm
2 2 Bobinage de câble acier
3 2 Liaison pivot
4 1 Détecteur gamma 334 mm 72 mm
5 1 émetteur gamma 124 mm 56 mm
6 1 Colonne de distillation 20m 10m
entre arbre poulie et colonne câble-dispositif9 2 Poulie 40 mm
descente et la montée de ces deux pièces dans le cas de rotation de (1).I.4.2 globales de la technique de scannage
I.4.2.1 techniques
Le scannage par rayonnement gamma est utilisé surtout pour les colonnes de toute la hauteur du contour externe de la colonne.12 : Colonnes de distillations (STIR : La Société Tunisienne des Industries de
Raffinage)
La figure I.12 montre les colonnes de distillation de la Société Tunisienne des Industries de Raffinage (STIR). Pour ces colonnes le scannage est effectué manuellement.13 : Niveau de scannage par rayonnement gamma
Le maintien du niveau du scannage lors du déplacement du dispositif (système source émettrice-détecteur) est indispensable, figure I.13.De plus la synchronisation de la source émettrice et le détecteur des rayons gamma, la
technique a un défi de scanner tout les différents problèmes qui peuvent survenir dans les plateaux. généralement entre 15cm et de 30cm. Le système doit être commandé pour effectuer un balayage avec un pas de quelques millimètres. environnementalesquotesdbs_dbs15.pdfusesText_21[PDF] trimestre scolaire date
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